Black-scholes type equations

In this work we are concerned with the analysis and numerical solution of Black-Scholes type equations arising in the modeling of incomplete financial markets and an inverse problem of determining the local volatility function in a generalized Black-Scholes model from observed option prices. In the first chapter a fully nonlinear Black-Scholes equation which models transaction costs arising in option pricing is discretized by a new high order compact scheme. The compact scheme is proved to be unconditionally stable and non-oscillatory and is very efficient compared to classical schemes. Moreover, it is shown that the finite difference solution converges locally uniformly to the unique viscosity solution of the continuous equation. In the next chapter we turn to the calibration problem of computing local volatility functions from market data in a generalized Black-Scholes setting. We follow an optimal control approach in a Lagrangian framework. We show the existence of a global solution and study first- and second-order optimality conditions. Furthermore, we propose an algorithm that is based on a globalized sequential quadratic programming method and a primal-dual active set strategy, and present numerical results. In the last chapter we consider a quasilinear parabolic equation with quadratic gradient terms, which arises in the modeling of an optimal portfolio in incomplete markets. The existence of weak solutions is shown by considering a sequence of approximate solutions. The main difficulty of the proof is to infer the strong convergence of the sequence. Furthermore, we prove the uniqueness of weak solutions under a smallness condition on the derivatives of the covariance matrices with respect to the solution, but without additional regularity assumptions on the solution. The results are illustrated by a numerical example.

Impact of Black-Scholes assumptions on Delta Hedging

In this work we are going to evaluate the different assumptions used in the Black- Scholes-Merton pricing model, namely log-normality of returns, continuous interest rates, inexistence of dividends and transaction costs, and the consequences of using them to hedge different options in real markets, where they often fail to verify. We are going to conduct a series of tests in simulated underlying price series, where alternatively each assumption will be violated and every option delta hedging profit and loss analysed. Ultimately we will monitor how the aggressiveness of an option payoff causes its hedging to be more vulnerable to profit and loss variations, caused by the referred assumptions.

Numerical experiments of some Krylov subspace methods for black oil model

This paper discusses preconditioned Krylov subspace methods for solving large scale linear systems that originate from oil reservoir numerical simulations. Two types of preconditioners, one being based on an incomplete LU decomposition and the other being based on iterative algorithms, are used together in a combination strategy in order to achieve an adaptive and efficient preconditioner. Numerical tests show that different Krylov subspace methods combining with appropriate preconditioners are able to achieve optimal performance.

On a parallel time-domain method for the nonlinear Black-Scholes equation

A parallel time-domain algorithm is described for the time-dependent nonlinear Black-Scholes equation, which may be used to build financial analysis tools to help traders making rapid and systematic evaluation of buy/sell contracts. The algorithm is particularly suitable for problems that do not require fine details at each intermediate time step, and hence the method applies well for the present problem.

Aplicações do modelo black-scholes ao mercado de opções de compra, utilizando-se metodologias diferenciais para o cálculo de volatilidade

Este trabalho cuida de avaliar a eficiência do mercado de opções de ações da bolsa de valores de são Paulo (BOVESPA). A avaliação é feita através do modelo Black-Scholes, e traz como principal novidade diversas estimativas de volatilidade. Portanto torna-se um teste conjunto da eficiência do mercado, do modelo Black-Scholes e das diversas estimativas de volatilidade. O objetivo principal ~ determinar a volatilidade que gera o melhor retorno , isto é , aponta a maior ineficiência do mercado. Foram utilizadas opções de Paranapanema-pp e Petrobr's-pp no per(odo de novembro de 1987 a outubro de 1988. Dois testes de eficiência foram realizados para cada volatilidade estimada . Em ambos observou-se que o mercado é ineficiente, e no segundo obtivemos evidência de que uma das estimativas de volatilidade gera um retorno maio

The information content of Canadian implied volatility indexes

For predicting future volatility, empirical studies find mixed results regarding two issues: (1) whether model free implied volatility has more information content than Black-Scholes model-based implied volatility; (2) whether implied volatility outperforms historical volatilities. In this thesis, we address these two issues using the Canadian financial data. First, we examine the information content and forecasting power between VIXC - a model free implied volatility, and MVX - a model-based implied volatility. The GARCH in-sample test indicates that VIXC subsumes all information that is reflected in MVX. The out-of-sample examination indicates that VIXC is superior to MVX for predicting the next 1-, 5-, 10-, and 22-trading days' realized volatility. Second, we investigate the predictive power between VIXC and alternative volatility forecasts derived from historical index prices. We find that for time horizons lesser than 10-trading days, VIXC provides more accurate forecasts. However, for longer time horizons, the historical volatilities, particularly the random walk, provide better forecasts. We conclude that VIXC cannot incorporate all information contained in historical index prices for predicting future volatility.

Les processus additifs markoviens et leurs applications en finance mathématique

Cette thèse porte sur les questions d'évaluation et de couverture des options dans un modèle exponentiel-Lévy avec changements de régime. Un tel modèle est construit sur un processus additif markovien un peu comme le modèle de Black- Scholes est basé sur un mouvement Brownien. Du fait de l'existence de plusieurs sources d'aléa, nous sommes en présence d'un marché incomplet et ce fait rend inopérant les développements théoriques initiés par Black et Scholes et Merton dans le cadre d'un marché complet. Nous montrons dans cette thèse que l'utilisation de certains résultats de la théorie des processus additifs markoviens permet d'apporter des solutions aux problèmes d'évaluation et de couverture des options. Notamment, nous arrivons à caracté- riser la mesure martingale qui minimise l'entropie relative à la mesure de probabilit é historique ; aussi nous dérivons explicitement sous certaines conditions, le portefeuille optimal qui permet à un agent de minimiser localement le risque quadratique associé. Par ailleurs, dans une perspective plus pratique nous caract érisons le prix d'une option Européenne comme l'unique solution de viscosité d'un système d'équations intégro-di érentielles non-linéaires. Il s'agit là d'un premier pas pour la construction des schémas numériques pour approcher ledit prix.

O mercado de opções de petrobras é Ineficiente? Um estudo a partir da estratégia delta-gama-neutra

Este trabalho tem como objetivo verificar se o mercado de opções da Petrobras PN (PETR4) é ineficiente na forma fraca, ou seja, se as informações públicas estão ou não refletidas nos preços dos ativos. Para isso, tenta-se obter lucro sistemático por meio da estratégia Delta-Gama-Neutra que utiliza a ação preferencial e as opções de compra da empresa. Essa ação foi escolhida, uma vez que as suas opções tinham alto grau de liquidez durante todo o período estudado (01/10/2012 a 31/03/2013). Para a realização do estudo, foram consideradas as ordens de compra e venda enviadas tanto para o ativo-objeto quanto para as opções de forma a chegar ao livro de ofertas (book) real de todos os instrumentos a cada cinco minutos. A estratégia foi utilizada quando distorções entre a Volatilidade Implícita, calculada pelo modelo Black & Scholes, e a volatilidade calculada por alisamento exponencial (EWMA – Exponentially Weighted Moving Average) foram observadas. Os resultados obtidos mostraram que o mercado de opções de Petrobras não é eficiente em sua forma fraca, já que em 371 operações realizadas durante esse período, 85% delas foram lucrativas, com resultado médio de 0,49% e o tempo médio de duração de cada operação sendo pouco menor que uma hora e treze minutos.

Pricing the cost of an election: the impact of the 2014 elections on stock markets

Qual o efeito de eleições em ativos reais? É possível mensurar diretamente a diferença de preços mesmo que só possamos enxergar um dos resultados potenciais? Essa dissertação estima esses efeitos utilizando metodologia baseada em opções sobre ações. O modelo aqui desenvolvido adaptção tradicional Black-Scholes para incorporar dois novos parâmetros: um salto no preço do ativo perfeitamente antecipado e uma série de probabilidades diárias refletindo as crenças sobre quem venceria a corrida eleitoral. Aplicamos esse método para o caso brasileiro das Eleições Presidenciais de 2014 e a Petrobras - uma importante companhia do setor petrolífero do país -utilizando dados de bolsa do segundo turno das eleições. Os resultados encontrados mostram uma diferença de 65-77% para o valor da companhia, dependendo de quem vencesse nas urnas. Isso é equivalente a aproximadamente 2.5% do PIB de 2014 do país.

Risikomaße in der Finanzmathematik

„Risikomaße in der Finanzmathematik“ Der Value-at -Risk (VaR) ist ein Risikomaß, dessen Verwendung von der Bankenaufsicht gefordert wird. Der Vorteil des VaR liegt – als Quantil der Ertrags- oder Verlustverteilung - vor allem in seiner einfachen Interpretierbarkeit. Nachteilig ist, dass der linke Rand der Wahrscheinlichkeitsverteilung nicht beachtet wird. Darüber hinaus ist die Berechnung des VaR schwierig, da Quantile nicht additiv sind. Der größte Nachteil des VaR ist in der fehlenden Subadditivität zu sehen. Deswegen werden Alternativen wie Expected Shortfall untersucht. In dieser Arbeit werden zunächst finanzielle Risikomaße eingeführt und einige ihre grundlegenden Eigenschaften festgehalten. Wir beschäftigen uns mit verschiedenen parametrischen und nichtparametrischen Methoden zur Ermittlung des VaR, unter anderen mit ihren Vorteilen und Nachteilen. Des Weiteren beschäftigen wir uns mit parametrischen und nichtparametrischen Schätzern vom VaR in diskreter Zeit. Wir stellen Portfoliooptimierungsprobleme im Black Scholes Modell mit beschränktem VaR und mit beschränkter Varianz vor. Der Vorteil des erstens Ansatzes gegenüber dem zweiten wird hier erläutert. Wir lösen Nutzenoptimierungsprobleme in Bezug auf das Endvermögen mit beschränktem VaR und mit beschränkter Varianz. VaR sagt nichts über den darüber hinausgehenden Verlust aus, während dieser von Expected Shortfall berücksichtigt wird. Deswegen verwenden wir hier den Expected Shortfall anstelle des von Emmer, Korn und Klüppelberg (2001) betrachteten Risikomaßes VaR für die Optimierung des Portfolios im Black Scholes Modell.